Самый знакомый пример — поваренная соль. Молекула поваренной соли, состоящая из атома натрия, связанного с атомом хлора, имеет небольшой положительный заряд возле натрия (который передает один электрон хлору) и небольшой отрицательный — возле хлора (который принимает электрон от натрия). Бросьте соль в воду, и кислородная сторона H2O (отрицательно заряженная) схватит натрий (положительно заряженный), а водородная сторона H2O (положительно заряженная) схватит хлор (отрицательно заряженный), разрывая молекулу соли пополам и переводя ее в раствор. И то, что верно для поваренной соли, верно и для множества других веществ. Подробности разнятся, но асимметричное распределение заряда делает воду очень сильным растворителем. Вымойте руки, даже без мыла, и электрическая полярность воды примется за работу, растворяя посторонние вещества и унося их прочь.
Вода с ее способностью хватать и заглатывать разные вещества необходима для жизни, и полезность ее далеко не ограничивается применением в целях личной гигиены. Внутренность любой клетки представляет собой миниатюрную химическую лабораторию, работа которой требует быстрого передвижения огромного числа ингредиентов: на входе — питательные вещества, на выходе — отходы, смешение химикатов для синтеза веществ, необходимых для функционирования клетки, и так далее. Именно вода делает все это возможным. Вода, составляющая около 70 % клеточной массы, играет роль транспортной системы. Об этом красноречиво сказал нобелевский лауреат Альберт Сент-Дьерди: «Вода — это вещество и матрица, мать и среда жизни. Без воды нет жизни. Жизнь смогла покинуть океан, когда научилась выращивать кожу — мешок, в котором можно взять воду с собой. Мы по-прежнему живем в воде, но теперь вода у нас внутри»23. Это весьма поэтичное прославление воды и жизни. Однако с научной точки зрения у нас нет аргументов, которые доказывали бы универсальную истинность этого суждения, хотя мы и не знаем ни одной формы жизни, которая ставила бы под сомнение необходимость воды для своего существования.
Единство жизни
Разобравшись с синтезом простых и сложных атомов, происхождением Солнца и Земли, природой химических реакций и необходимостью воды, мы теперь можем обратиться к теме самой жизни. Хотя естественно было бы, кажется, начать с происхождения жизни, но к этому вопросу, до сих пор окончательно не решенному, лучше подойти после того, как мы рассмотрим основные молекулярные качества самой жизни. Для такого человека, как я, последние 30 лет посвятившего поиску объединенной теории фундаментальных природных взаимодействий, знакомство с этими качествами раскрывает поразительное биологическое единство. Мы не знаем точного числа населяющих Землю различных биологических видов, от микробов до ламантинов, но исследования дают оценки от низких, исчисляемых миллионами, до высоких, исчисляемых триллионами. Каким бы ни было точное их число, оно огромно. Разнообразие видов, однако, дает неверное представление о замечательной природе внутреннего устройства жизни.
Рассмотрите внимательно живую ткань, и обнаружите «кванты» жизни — клетки, мельчайшие частицы этой ткани, которые можно признать живыми. Независимо от источника, клетки имеют так много общих свойств, что неопытному глазу при рассмотрении изолированного образца было бы очень трудно отличить мышь от мастифа, черепаху от тарантула, комнатную муху от человека, и это замечательно. Но ведь такого не может быть — наши клетки должны нести на себе очевидный и значительный отпечаток. Однако ничего подобного нет. Причина, установленная в последние несколько десятилетий, состоит в том, что вся сложная многоклеточная жизнь произошла от одного и того же одноклеточного предкового вида. Клетки похожи, потому что их родословная началась с одной и той же стартовой точки24.
Это важный факт. Жизнь в ее многочисленных воплощениях, в принципе, могла бы иметь множество различных истоков. Могло быть так, что родословная морского моллюска восходила бы к одному источнику, а родословные вомбата или орхидеи — к другим. Но данные явно указывают, что при поиске источника жизни все родословные сходятся к одному общему предку. Два универсальных свойства жизни делают это предположение еще более убедительным. Каждое из них иллюстрирует глубокую общность всего живого. Первое, и более знакомое всем нам, имеет отношение к информации: как клетки кодируют и используют информацию, которая управляет жизненными функциями. Второе, не менее важное, но менее знаменитое, относится к энергии: как клетки берут под контроль, хранят и используют энергию, необходимую для реализации жизненных функций. В том и в другом мы увидим, что при всем впечатляющем разнообразии жизни на Земле конкретные процессы совершенно идентичны.
Информационное единство жизни
Один из способов понять, что кролик жив, — увидеть, что он движется. Разумеется, камень тоже может двигаться. Сильное течение может толкать его вниз по руслу ручья, а извержение вулкана способно забросить его высоко в небо. Разница в том, что движение камня можно полностью осмыслить (и даже предсказать) на основе анализа действующих на него внешних сил. Расскажите мне подробно о ручье или извержении, и я смогу с приличной точностью определить, что произойдет дальше. Предсказать движение кролика сложнее. Решающим фактором в его движении является активность в пределах того, что Шредингер называл «пространственными границами» кролика, — его внутренняя активность. Кролик морщит нос, поворачивает голову, бьет лапами — и все это выглядит так, будто он обладает собственной волей. Вопрос о том, действительно ли кролик или любая другая форма жизни (включая нас) обладает подобной независимой волей, служил предметом ожесточенных споров не одну сотню лет; мы поговорим о нем в следующей главе, так что не будем задерживаться на нем сейчас. Пока же мы можем сойтись на том, что если активность внутри камня практически никак не сказывается на его движении, которое мы наблюдаем, то скоординированные, сложные и целенаправленные движения кролика ясно говорят о том, что кролик живой.
Такая диагностика не вполне безошибочна. Автоматизированные системы могут выполнять аналогичные в общем-то движения, а с развитием технического прогресса способность механизмов имитировать жизнь еще повысится. Но это лишь подчеркивает главное: движение того рода, о котором мы говорим, возникает из взаимодействия между информацией и средствами исполнения, между тем, что мы могли бы назвать программным обеспечением и техническими средствами. Для автоматизированных систем такое описание буквально. Беспилотные летательные аппараты, машины с автопилотом, роботы-пылесосы и т. п. управляются программами, которые на входе принимают данные из окружающей среды, а на выходе определяют отклик, реализуют который бортовые механизмы — от крыльев до роторов и колес. Для кролика такое описание — метафора. Тем не менее парадигма «программа — механизм» — полезный способ размышления в том числе и о жизни. Кролик собирает сенсорные данные об окружающей среде, прогоняет их через «нервный компьютер» (мозг), который, в свою очередь, посылает по нервным путям информационные сигналы — объесть лужайку клевера, перепрыгнуть через упавшие ветви и так далее, — которые порождают физические действия. Движение кролика является результатом внутренней обработки и передачи сложного набора инструкций, проходящего по его физической структуре, то есть биологическая программа управляет биологическим механизмом. В камне такие процессы полностью отсутствуют.
